衍射时差法(TOFD)超声检测报告

超声波衍射时差法（TOFD）在焊缝检测中原理及应用分析超声波衍射时差法(TOFD) 在焊缝检测中原理及应用分析[摘要] 本文介绍了超声tofd法的检测原理及应用状况。

超声tofd(时间渡越衍射法)检测技术具有检测速度快，定量精度高，定位准确和可确定缺陷尺寸等优点，是其它检测方法无法比拟的，已开始广泛应用于焊缝和压力容器等特种设备的检测。

[关键词] 声波衍射时差法；射线检测；精确测量；缺陷尖端；探头[pick to] this paper introduces the method of ultrasonic tofd the detection principle and application conditions. ultrasound tofd (time over the diffraction method) detection technology has the detection speed, quantitative high precision, accurate positioning and defect size can determine etc, and is other detection method of the incomparable, has started to widely used in weld and pressure containers of special equipment detection.[key words] sound waves diffraction method of time difference; the x-ray testing; accurate measurement; defect tip; probe中图分类号：r445.1文献标识码：a 文章编号：0 引言衍射时差法(tofd)是一种新型超声无损检测方法。

衍射时差法超声检测报告报告编号：TOFD-2024-001报告日期：2024年1月15日报告单位：XX检测技术有限公司一、背景信息被测对象：管道接头焊缝管道材料：碳钢焊接方法：手工电弧焊焊缝类型：对接焊缝焊缝尺寸：外径30mm，壁厚5mm检测目的：评估焊缝的质量和完整性二、检测装置超声检测装置：XYZTOFD-2000发射换能器型号：XYZ-TOFD-10MHz接收换能器型号：XYZ-TOFD-10MHz编码器：XYZ-TOFD-ENC-1000三、检测方法TOFD是一种全自动、无损伤的超声波检测方法，通过测量衍射声波的时差来评估被检测物中的缺陷。

本次检测使用了TOFD方法，主要检测参数如下：纵波震荡频率：5MHz横波震荡频率：10MHz扫描轴向范围：15mm扫描轴向重叠率：50%扫描步进：0.5mm四、检测结果1.检测图像分析通过TOFD检测方法，共得到了被测焊缝的图像，并进行了定性和定量分析。

图像中明显的信号和时间差可以表明焊缝的完整性和质量。

对焊缝的分析结果如下：缺陷A：宽度1mm，深度2mm，位置X轴5mm，Z轴距离10mm缺陷B：宽度0.5mm，深度1.5mm，位置X轴10mm，Z轴距离5mm2.缺陷评估根据TOFD检测结果，对检测区域中的缺陷进行了评估。

缺陷的大小、位置和深度都能够被准确测量和定位。

根据相关标准，对缺陷进行了分类和评级。

缺陷A被判定为焊缝中的夹渣缺陷，属于轻微缺陷，对焊缝的强度和密封性影响较小。

建议对该缺陷进行记录和监控。

缺陷B被判定为焊缝中的小孔缺陷，属于较严重的缺陷，对焊缝的强度和密封性有明显影响。

建议进行修复措施，如填补孔洞或重新焊接。

五、结论和建议通过TOFD超声检测方法，对焊缝进行了全面的检测评估。

根据检测结果，总体评估该焊缝质量良好，只存在两处轻微缺陷。

建议对其中的较严重缺陷进行修复措施，以确保焊缝的完整性和质量。

本次检测报告仅为评估结果，具体的修复方法和措施需要根据相关标准和规范进行制定。

[超声波衍射时差法（TOFD）检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法摘?要在TOFD检测过程中，相关参数的设置非常为重要，关系到采集图谱质量的好坏。

下面，就结合现场情况，把TOFD检测实践中的一些见解归纳分析一下，主要以ISONIC系列仪器进行研究。

关键词 TOFD检测；ISONIC；参数设定；研究TN914 A 1673-9671-(xx)071-0198-011 TOFD检测中的参数设置的重要性TOFD检测扫描前主要注意的参数有：探头真实频率，脉冲宽度，重复频率，阻抗，感抗，滤波频率，信号平均值，时间窗口，增益等参数。

脉冲宽度是非常重要的，它有助于优化接受信号的形状。

改变脉冲宽度可以导致不同周期部分减弱或加强。

如果想使两个超声脉冲组成单一频率的信号，则应将脉冲宽度设置为所用探头频率周期的一半（例：5 MHz时使用100 ns）；为了使信号持续最低周期数，应将脉冲宽度设置为所用探头频率的一个周期（例：5 MHz时使用200 ns）。

其中探头频率必须是探头实际频率，而不是探头的标称频率。

在实际工作中必须通过试验来获得最优脉冲宽度。

如果使用手动采集数据，则需要注意脉冲重复频率PRF与探头移动速度必须相匹配，由于手动扫查时计算机不能判断和控制探头移动，只能由操作者正确选择PRF来保证能正常采集A扫数据。

若采用编码器或者电机驱动，则PRF相对不重要，因计算机可以计算出探头位置，在规定的A扫采样率间隔采集数据。

若PRF设置不当时将采集到空白A扫。

阻抗Tuning项匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。

对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。

在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。

感抗damping项的单位是欧。

知道了交流电的频率f（Hz）和线圈的电感L（H），就可以把感抗计算出来。

在实际调节射频波波幅时，需要不断地改变感抗值来选择最优波幅，使图谱效果达到最佳。

超声波衍射时差法(TOFD)检测过程控制要点超声波衍射时差法(TOFD)是采用一发一收探头，利用缺陷端点的衍射波信号探测缺陷和测定缺陷尺寸的一种超声检测技术，其对垂直于探测面缺陷的尺寸测量具有独特的优势，在结构焊缝检测上的应用已经较为成熟。

随着国内标准NB/T 47013.10-2010《承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测》的颁布，TOFD检测技术在国内得到迅速推广。

TOFD检测不是一个基于幅度响应的超声检测技术，但需要足够的灵敏度以使待检测的缺陷能够被识别。

TOFD检测的一个弱点是检测面和底面附近存在盲区，为了确保声束覆盖检测区域，必须在确定检测工艺时考虑这一因素。

探头选择和探头配置很大程度上决定着TOFD检测技术的整体精度、信噪比和覆盖区域。

进行仪器设置是为了确保足够的系统增益和信噪比，以便发现所关注的衍射信号，确保分辨力可接受、声束能够覆盖所关注的区域以及系统动态范围的有效使用。

TOFD检测过程和现场评审中有以下几点需要重点关注：一、检测区域覆盖根据任务要求的检测区域和检测级别，首先通过选择探头角度、测定探头前沿及声束扩散角来确定探头组合和间距，并根据厚度决定是否需要分区检测。

然后进行上下面盲区的确认，以决定是否需要补充超声横波检测，或偏置非平行扫查。

二、数据采样间距进行TOFD扫查时，沿扫查方向的数据采样间距在各标准中有明确规定。

三、仪器设置和验证1．灵敏度:TOFD检测不是基于幅度对缺陷进行当量评定的检测技术，TOFD检测灵敏度的设置方式也与常规超声不同，不是以人工缺陷的幅度作为基准。

灵敏度的设置只是为了保证信号幅度在一定范围内，并具有较高的信噪比。

通常要求直通波高度为满刻度的40%~90%，或在底波80%的基础上再增益20~32dB，或噪声在满刻度的5%~10%。

有时标准会要求在试块上验证探头指定区域缺陷的检出性。

2．深度校准:TOFD检测中，探头接收的信号到达时间与反射体的深度并不是线性关系，反射体的深度是在假定信号位于两探头中心的正下方的情况下，依据已知的声速和信号与直通波的时间差由软件自动计算得到的。

摘要:超声波衍射时差法，即Time Of Flight Diffraction(TOFD)，是一种依靠从待检试件内部结构（主要是指缺陷）的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，用于缺陷的检测、定量和定位。

该技术已经在我国得到了广泛的应用，后来在无损检领域又兴起了一项新的检测方法，即超声波相控阵检测方法，这项新技术已经在医疗领域得到了广泛的应用，本文主要是对这两项检测技术进行简要对比。

关键词:超声波衍射时差法（TOFD）超声波相控阵对比目前我国无损检领域应用最广泛的是TOFD技术，业界人士已经普遍认可了TOFD技术，这项技术在我国的工业领域已经有了数不胜数的成功案例。

21世纪初，我国引入了Isonic系列便携式超声波成像检测系统（以色列的IsonotronNDT公司出品），经由一系列的实际的对比以及验证加之不断改进和创新了的扫查器系统，TOFD技术被更多的应用到各工业现场检测中。

TOFD方法具有超声成像技术，它通过采用一发一收探头布置，然后要求相应的探头入射点间距离，在平板对接焊缝、环焊缝及直径大于500mm的纵缝中厚板检测方面具有很大的优势，但是该技术也存在一些弊端，比如对于复杂几何形状的结构件、焊缝检测盲区等束手无策。

到目前为止超声相控阵技术已经在我国发展了20年，在早期主要应用在医疗领域，利用该技术可以在实际的医学超声成像中对被检器官进行成像，有益于医学的不断发展和进步，但是由于很多客观因素的限制，比如系统的复杂性、固体中波动传播的复杂性及成本费用高等，使得该技术的应用面受限。

在这种情况下，在超声相控阵成像领域应用压电复合材料、数据处理分析等高新技术是大势所趋，未来超声相控阵检测技术一定会得到更加广泛的应用。

超声相控阵是采用多晶片控制声束聚焦技术，探头可以在同一位置实现很大声束及角度范围内的电子扫查，适用于复杂几何形状结构件的检测。

下面对TOFD和相控阵的检测技术做简要对比。

1TOFD的技术特点1.1TOFD的优点TOFD技术不仅具有很强的缺陷检出能力，还具有很高的缺陷定量精度，除此之外还具有很高的时效性和安全性，可永久保存其检测数据。

超声衍射时差（TOFD）技术原理简介（含图表）1.超声衍射时差(TOFD)技术介绍“TOFD”即Timeofflightdiffraction，译成中文是“超声波衍射时差法检测”，TOFD检测技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。

极大地提高了缺陷检出率。

TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。

此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。

上个世纪七十年代早期，英国原子能管理局(UnitedKingdomAtomicEnergyAuthority，即UKAEA)的国家无损检测研究中心的Harwell实验室提出了了超声波衍射在UT中应用的原理。

UKAEA为了开发比常规超声波检测更精确的缺陷定量技术，最早由史可·毛瑞斯(SILKMG)博士开发出了超声衍射时差技术- 1 -(TimeofFlightDiffraction，简称TOFD)。

后来欧美国家的有关机构进行了大量的试验，到80年代早期证实，对于核反应堆的压力容器和主要部件，TOFD技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声检测(即脉冲回波)技术；相比常规的脉冲回波技术，当时的TOFD 技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误差<±1mm，而裂纹监测的误差<±0.3mm；二是对缺陷的方向和角度不敏感，不向脉冲回波技术那样对某些方向的缺陷有“盲区”；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。

后来开发了便携的设备系统(即国际无损检测中心的ZIPSCAN)，TOFD技术被国际工业界广泛公认。

90年代，该项技术开始应用与石油化工管线的检测。

衍射时差法超声检测(TOFD)技术在工程施工中的应用研究广东华泰检测科技有限公司（广东茂名 525000）摘要：TOFD技术是一种新型超声波检测技术，与以前的脉冲反射法、声波穿透法等技术不同，这种技术主要利用缺陷端部固体中声速最快的纵波的衍射实现检测的。

基于此，文章针对TOFD在工程施工中的应用展开了一系列分析。

关键词：衍射时差法超声检测；TOFD；工程施工；应用衍射时差法超声检测（Time Of Flight Diffraction）是利用缺陷端部衍射波传播时间差对缺陷进行检测及定量的一种方法，这项技术是英国Harwell实验室按照超声波衍射现象提出来的，这项技术主要在核工业设备、军工业设备在役检验中率先应用，当前在石化、电力、运输及建造等工业焊缝检测中得到了极为广泛的应用。

1TOFD技术原理利用一对频率相同纵波斜探头在焊缝两侧相向对称防治，通常情况下入射角在45°~70°之间，这对探头主要起到发射、接收的作用，其中发射探头发射的纵波从侧面入射，接收探头在无缺陷部位接收到直通波、底面反射波，存在缺陷时接收探头在直通波、底面反射波之间接收缺陷上端部、下端部的衍射波。

图1 图2在缺陷线性不连续位置出现传播障碍时，超声波将会在爱缺陷尖端位置与正常反射波上的衍射波叠加，而衍射波的衍射能量则会在很大角度上反射出来。

假定该能量在裂纹末端起源，计算机软件处理系统将会对这些衍射信号进行计算与评估，针对应射频信号进行相位变换，然后按照探测到的衍射信号对缺陷大小及深度进行判断。

D扫描成像沿着焊缝走向会形成扫描图像，通常该扫描图像被称作非平行扫查，用来对焊缝长度方向缺陷进行定位。

由对这种现象的研究产生了基于衍射波时差法的无损检测方法。

与工件表面相垂直的缺陷，通过计算可以得到其缺陷的大小及深度，典型缺陷定量精度通常会在1mm以内，如果超声波在固定点进入、离开，而两探头之间的距离为2S，这是真实缺陷情况的一种简化，如图2所示。

无损检测技术,衍射时差法超声TOFD检测基本原理目录1.TOFD检测技术定义及原理2.TOFD检测技术基本知识3.TOFD检测技术的盲区4.TOFD检测技术的特点5.几种典型缺陷TOFD图谱1TOFD检测定义及基本原理1.1TOFD检测的定义衍射时差法超声检测（Time of Flight Diffraction ，英文缩写TOFD）是依靠超声波与被检对象中的缺陷尖端或端部相互作用后发出的衍射信号来检测缺陷并对缺陷进行定位、定量的一种无损检测技术。

概况起来说 TOFD技术就是一种基于衍射信号实施检测的技术。

1.2 TOFD检测原理1.2.1 衍射现象衍射现象：是指波在传播过程中，遇到障碍物，能够绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象。

缺陷端点衍射现象可以用惠更斯－菲涅尔原理解释：惠更斯提出，介质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。

菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可视为子波的波源，在空间某点的振动是所有这些子波在该点产生的相干振动的叠加。

图1.1缺陷端部衍射信号的解释由图示可见:当一束超声波入射到裂纹缺陷时：（1）在裂纹中部会形成有一定方向的反射波，其方向满足反射定律。

反射波接近平面波，其波阵面是由众多子波源反射波叠加构成;（2）在裂纹尖端则没有叠加现象发生。

这种裂纹尖端以独立的子波源发射的超声波即为衍射波。

衍射波的重要特点：1.没有明显的方向性；2.衍射波强度很弱。

衍射波的这两个特点都是由于裂纹尖端独立发射超声波没有波的叠加所造成的图1.2裂纹端点衍射波特点裂纹的上下端点都可以产生衍射波。

衍射波信号比反射波信号弱得多，且向空间的各个方向传播，即没有明显的指向性。

图1.3 端角反射与裂纹端点衍射信号波幅比较根据惠更斯-菲涅尔定理可知，缺陷端点形状改变会对衍射信号产生影响：（1）端点越尖锐，衍射特性越明显，（2）端点越圆滑，衍射特性越不明显，（3）当端点曲率半径大于波长（d>λ）时，主要体现的是反射特性。

超声TOFD检测方法超声TOFD检测技术的起源和国外发展现状TOFD（TimeOfFlightDiffraction）技术是1972年国际原子能中心的哈韦尔（英国原子能权威人士一UKKAEA）提议下发展而来。

TOFD最初的发展仅仅是作为定量工具，最初的想法是：使用常规技术探测到缺陷后使用TOFD 进行精确的定量和监测在线设备裂纹的扩展（例如检测压力容器）。

很多年以来TOFD一直在实验室里，各国做过大量实验直到八十年代才为业界所认同；在这些实验中，用事实证明了TOFD在可靠性和精度方面都是非常好的技术。

自上世纪9O年代起，超声TOFD检测法在国外工业无损检测领域已得到广泛应用，欧、美、日均已推出相应的应用标准。

1992年英国标准BS7706问世，1996年美国ASME标准将其列入规范案例2235和第v卷《无损检测》附录，2000年欧、日分别推出专用标准。

用于不同壁厚的承压设备焊接接头的制造和在用检测。

二超声TOFD检测技术国内发展现状2.1超声TOFD检测设备的研制武汉中科创新技术有限公司国产研制的国产第一台便携式TOFD超声波检测仪2005年研制成功,2006年HS800型产品在特检行业应用,2007年底HS800成型产品推出市场，2008年产品开始销售，并逼迫进口TOFD检测仪器价格”跳水”2.2超声TOFD检测人员的培训与考核二OO七年开始到目前国家特种设备无损检测人员资格考委会共组织了三次培训与考核，考核通过人员颁发了超声TOFDII级资格证书。

2.3国内锅炉压力容器压力管道中超声TOFD检测技术的应用的规定二OO七年六月七日发布的关于进一步完善锅炉压力容器压力管道安全监察工作的通知（国质检特函〔2007〕402号）对超声TOFD检测技术的在锅炉压力容器压力管道中的应用规定如下：第六条、关于衍射波时差法超声波检测（TOFD）方法的应用对现场制造壁厚度60mm以上的压力容器，可以采用TOFD检测方法替代射线法进行无损检测。

衍射时差法超声检测技术(T O F D技术）第一章TOFD技术的基本知识 2018.11.301.衍射时差法：是采用一发一收探头对工作模式、主要利用缺陷端点的衍射波信号探测和测定缺陷位置及尺寸的一种超声检测方法。

2.缺陷的衍射信号与哪些因素无关？①与衍射信号的角度无关②与衍射信号的幅度无关因为衍射信号与角度和振幅无关，所以，TOFD技术在原理和方法上与传统脉冲反射超声波检测技术有根本性的区别。

3.传统超声检测技术是： 1、根据缺陷反射信号检出缺陷； 2、根据缺陷幅度评定缺陷尺寸4.传统超声检测技术影响缺陷的定量因素： 1、入射声束角度；2、检测方向； 3、缺陷表面粗糙度；4、工件表面状态；5、探头的压力。

5.TOFD仪器性能：1.更宽的接收放大系统频带；2.更快的数字化采样频率；3.更高的信号处理速度；4.更大的存储量6.TSG R0004-2009 《固定式压力容器安全技术监察规程》于2009年12月1日起施行，做出如下规定：无损检测人员应当按照相关技术规范进行考核取得相应资格证书后，方能承担与资格证书的种类和技术等级相对应的无损检测工作。

7.压力容器焊接接头无损检测方法的选择：压力容器的对接接头应当采用射线检测或者超声检测，超声检测包括衍射时差法超声检测（TOFD）、可记录的脉冲反射法超声检测（自动检测）和不可记录的脉冲反射法超声检测（手动检测）；当采用不可记录的脉冲反射法超声检测（手动检测）时，应当采用射线检测或者衍射时差法超声检测做为附加局部检测；8.衍射现象：波在传播路径中遇到障碍物，发生绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象，称为波的衍射。

衍射也是波在传输过程中与界面作用而发生的不同于反射的另一种物理现象。

9.裂纹的上下端点都可以产生衍射波。

衍射波信号比反射波信号弱得多，向空间的各个方向传播，没有明显的指向性、能量低、衍射方向不取决于入射角。

10.惠更斯－菲涅尔原理：惠更斯提出，介质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。